DE3241774A1 - Einrichtung zur sammlung und uebermittlung von optischer energie unter verwendung von rohrfoermigen lichtuebertragungselementen - Google Patents

Einrichtung zur sammlung und uebermittlung von optischer energie unter verwendung von rohrfoermigen lichtuebertragungselementen

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DE3241774A1 DE19823241774 DE3241774A DE3241774A1 DE 3241774 A1 DE3241774 A1 DE 3241774A1 DE 19823241774 DE19823241774 DE 19823241774 DE 3241774 A DE3241774 A DE 3241774A DE 3241774 A1 DE3241774 A1 DE 3241774A1
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Description

Einrichtung zur Sammlung und Übermittlung von optischer Energie unter Verwendung von rohrförmigen Lichtübertragungselementen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein rohrförmigen Lichtübertragungselement, welches effizient optische Energie, wie beispielsweise Sonnenenergie, die durch ein optisches System konvergiert bzw. konzentriert wird, zu einer gewünschten Stelle übertragen kann. Außerdem bezieht die vorliegende Erfindung sich auf eine Einrichtung zur Sammlung und übertragung von jg optischer Energie unter Verwendung eines solchen rohrförmigen Elementes.
Die Anmelderin hat bisher verschiedene Techniken vorgeschlagen, um Licht von einer Lichtquelle, wie beispielsweise
2Q Sonnenlicht, auf ein Lichtübertragungselement mittels eines optisches Systems, wie beispielsweise einer Linse, zu konvergieren bzw. zu konzentrieren, so daß das Licht durch das Element zu einer gewünschten Stelle übertragen werden kann, beispielsweise für Beleuchtungs- oder ähnliche Zwecke. Zur effektiven Zuführung von Sonnenlicht, das durch das opti sehe System konvergiert wird, und übertragung des Lichtes unter minimalen Verlusten über die Übertragungsstrecke ist es erforderlich, daß das Lichtübertragungselement aus einem Material hergestellt ist, welches die Lichtübertragung mög-
QQ liehst wenig dämpft und deshalb ausgezeichnete Übertragungseigenschaften hat. Typische Beispiele für solche Materialien sind Kiesel- bzw. Quarzglas. Quarzglas ist jedoch relativ teuer, so daß auch das entsprechende Lichtübertragungselement entsprechend kostspielig wird, wie es beispielsweise für eine Einrichtung zur Zuführung von Sonnenlicht gilt, die von der Anmelderin vorgeschlagen worden ist und eine
große Zahl solcher Elemente benötigt. Aus diesem Grunde ließ sich der Einsatz von Quarzglas für Lichtübertragungselemente bisher in der Praxis nur mit großem Aufwand realisieren, Wenn das Sonnenlicht durch ein Linse oder ein ähnliches optisches System konvergiert wird, ist es unmöglich, alle Wellenlängenkomponenten des Sonnenlichtes auf einen Punkt zu konvergieren, und zwar wegen der auftretenden chromatischen Aberrationen, so daß die fokussierte Abbildung der Sonne zwangsläufig eine bestimmte, nicht zu unterschreitende Größe hat. Anders ausgedrückt wird es also schwierig, einer optischen Faser die gesamte Sonnenenergie zuzuführen, die durch das optische System konvergiert worden ist. Obwohl eine relativ große Menge an optischer Energie effizient übertragen werden kann, wenn ein Lichtübertragungselement mit größerem Durchmesser verwendet wird, so würde die hierzu erforderliche, relativ große Menge an dem kostspieligen Quarzglas die Kosten eines solchen Gerätes zu hoch machen; außerdem wäre es immer noch schwierig, die effiziente übertragung der optischen Energie zu erreichen. Außerdem würden die sich ergebenden optischen Fasern sehr schwer, so daß der Transport oder die Installation dieses Gerätes mühsam wäre.
Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein ökonomisch herstellbares, rohrförmiges Lichtübertragungselement zu schaffen, das eine sehr viel geringere Menge des kostspieligen Quarzglases verwendet als die herkömmlichen Ausführungsformen.
Weiterhin soll ein rohrförmiges Lichtübertragungselement geschaffen werden, bei dem die leichtere Einführung der optischen Energie durch Erhöhung seiner Lichtempfangsfläche an seinem Einlaßbereich für die optische Energie erreicht wird.
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Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, . ein rohrförmiges Lichtübertragungselement vorzuschlagen, welches effizient die optische Energie praktisch ohne Verlust überträgt.
Weiterhin soll ein rohrförmiges Lichtübertragungselement geschaffen werden, das ein geringeres Gewicht als die herkömmlichen Ausführungsformen und eine größere Flexibilität hat, so daß'sich dieses Element leichter handhaben läßt.
Gemäß einem weiteren Ziel der vorliegenden Erfindung soll eine Einrichtung zum Sammeln und übertragen von optischer Energie vorgeschlagen werden, die aus den oben beschriebenen rohrförmigen Lichtübertragungselementen aufgebaut ist.
Und schließlich sollen ein allgemein verbessertes rohrförmiges Lichtübertragungselement und eine Einrichtung zum Sammeln und übertragen von optischer Energie unter Verwendung des rohrförmigen Lichtübertragungselementes vorgeschlagen werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird dies durch ein rohrförmiges Lichtübertragungselement für die übertragung optischer Energie von einer Lichtquelle zu einer gewünschte Stelle erreicht, die ein rohrförmiges, aus Quarzglas hergestelltes Element und eine durch das rohrförmige Element definierte Bohrung aufweist. Die optische Energie wird dann durch das rohrförmige Element und die Bohrung übermittelt.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung überträgt die rohrförmige Lichtübertragungsanordnung optische Energie von einer Lichtquelle zu einer gewünschten
ι Ά0-
Stelle und weist mehrere rohrförmige LichtÜbertragungseinheiten auf. Jede rohrförmige Lichtübertragungseinheit enthält ein rohrförmiges, aus Quarzglas hergestelltes Element und eine durch das rohrförmige Element definierte Bohrung, so daß die optische Energie durch das rohrförmige Element und die Bohrung übertragen wird.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Bohrung im Innern des rohrförmigen Elementes an seinem Lichteinlaß und/oder an seinem Lichtauslaß durch ein Material verstopft, dessen Brechungsindex gleich dem oder kleiner als der Brechungsindex des rohrförmigen Elementes ist. 15
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schema-
tischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen 5
Fig. 1 bis 3 eine Seitenansicht eines Schnittes durch verschiedene Ausführungsformen eines rohrförmigen Lichtübertragungselementes nach der vorliegenden Erfindung, 10
Fig. 4 bis 6 Seitenansichten von Schnitten einiger
Beispiele der Anordnung eines rohrförmigen Lichtübertragungselementes nach der vorliegenden Erfindung,
Fig. 7 bis 9 Ansichten von einigen Beispielen eines optischen Systems, das sich in der Nähe eines Lichteinlaßendes eines rohrförmigen Lichtübertragungselementes nach der vorliegenden Erfindung befindet,
Fig. 10 eine Ansicht eines Beispiels eines optischen
Systems, das sich an ein Lichtauslaßende
anschließt, 25 Fig. 11a eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform
eines LichtÜbertragungselementes nach der
vorliegenden Erfindung,
Fig. 11b einen Schnitt längs der Linie X-X von
Fig. 11a,
Fig. 12 einen Schnitt durch eine Modifikation der Konstruktion nach den Figuren 11a und 11b, 35 Fig. 13a und 13b Ansichten einer beispielhaften Anord-
/Τι '/12-
nung, die durch rohrförmige Lichtübertragungselemente nach der vorliegenden Erfin-
dung gebildet wird,
5
Fig. 14 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Anordnung von rohrförmigen Lichtübertragungselementen,
Fig. 15 eine Ansicht einer Modifikation der Konstruktion nach Fig. 14,
Fig. 16 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines rohrförmigen Lichtübertragungselementes nach der vorliegenden Erfindung,
Fig. 17a und 17b Ansichten einer modifizierten Ausführungsform des Auslaßendes des rohrförmigen Elementes nach Fig. 16, und 20
Fig. 18 eine Ansicht des rohrförmigen Elementes nach Fig. 16 im Gebrauchszustand.
Obwohl sich das optische übertragungselement und die Sammel- und übertragungseinrichtung für optische Energie nach der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen realisieren lassen, und zwar in Abhängigkeit von dem Einsatzort und den Gebrauchsbedingungen, ist eine große Zahl der hier gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen hergestellt, geprüft und eingesetzt worden; alle haben zu sehr guten Ergebnissen geführt.
In Fig. 1 der Zeichnungen ist ein rohrförmiges Lichtübertragungselement nach der vorliegenden Erfindung dargestellt, das allgemein durch das Bezugszeichen 10 angedeutet ist. Dieses rohrförmige übertragungselement ist
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- Y-
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aus Kiesel- bzw. Quarzglas hergestellt. Wie bereits oben erwähnt wurde, ist Quarzglas als Material mit guter Durchlässigkeit für Licht bekannt und wurde deshalb bereits für die Herstellung der Kerne von optischen Fasern und ähnlichen Elementen eingesetzt. Optische Fasern werden jedoch wiederum in der Hauptsache für die optische Datenübertragung und ähnliche Anwendungen gebraucht, also für Elemente mit sehr geringem Durchmesser. Deshalb sind optisehe Fasern ungeeignet als übertragungsmedium für optische Energie, dem eine große Menge an optischer Energie effizient zur weiteren übertra&mg zugeführt werden kann. Unter Berücksichtigung dieser Umstände ist das rohrförmige Element 10 nach der vorliegenden Erfindung so ausgelegt, daß konvergente oder parallele Lichtstrahlen L, die durch eine Linse bzw. ein Objektiv oder ein ähnliches optisches System (nicht dargestellt) geliefert werden, auf ein Lichteingangsende 10' des Rohrs 10 fallen und sich durch das Rohr 10 hindurch fortpflanzen. Ein solcher hohler Aufbau des Lichtübertragungselementes verringert den Verbrauch an Quarzglas, die Herstellungskosten und das Gesamtgewicht.
Das Rohr 10 muß nicht aus dem kostspieligen Quarzglas bestehen sondern kann auch aus Acrylglas oder einem ähnlichen Material hergestellt werden, solange dieses alternative Material die Fortpflanzung der optischen Energie nur durch den hohlen Innenraum 12 des Rohrs 10 ermöglicht. In diesem Fall wird die innere Oberfläche des Rohrs 10 mit einer Verspiegelung versehen. Wenn das durch eine Linse oder ein ähnliches Element konvergierte Licht auf das Einlaßende 10' des Rohrs 10 fällt, treffen die Lichtstrahlen L' rund um die konvergierenden oder parallelen Strahlen L auf eine Stirnfläche 14' einer Seitenwand 14 des Rohrs 10 und pflanzen sich dann durch die Seitenwand 14 fort. Wenn die Durchlässigkeit des Materials, welches die Seitenwand 14 bildet, nicht ausreicht, wird die Energie der Lichtstrahlen L'
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in der Seitenwand 14 gedämpft, so daß diese Energie nicht genutzt werden kann.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsforxn eines Lichtübertragungselementes nach der vorliegenden Erfindung, bei der das rohrförmige Element 10 durch eine ümhüllungs- bzw. Verkleidungsschicht 16 umgeben ist. Neben der optischen Energie, die in die Seitenwand 14 des Rohrs 10 eingeführt wird, kann sogar die optische Energie, die sich durch die Boh^ng 12 des Rohrs 10 fortpflanzt, in die Seitenwand 14 an einer Stelle eindringen, an der das Rohr 10 beispielsweise gebogen ist. Damit ermöglicht also die Verkleidungsschicht 16, daß das Rohr 10 erfolgreich diese optische Ener- gie zu der gewünschten Stelle übertragen kann, ohne daß es eine als Verlust zu berücksichtigende Emission nach außen gibt. Eine zusätzliche Funktion der Verkleidungsschicht 16 liegt im Schutz des Rohrs 10, das aus Quarzglas hergestellt ist. Außerdem vermeidet die Halterung bzw. Aufnahme des Rohrs 10 aus dem Quarzglas durch die. Verkleidungsschicht 16 die Freigabe bzw. das Autreten von optischer Energie im Befestigungsbereich.
Gemäß Fig. 3 kann die optische Energie, die durch das Rohr 10 übertragen wird, durch den dargestellten Aufbau an einem gewünschten Bereich des Rohrs 10 abgenommen werden. Das aus Quarzglas hergestellte Rohr 10 ist an seiner Seitenwand 14 mit einem Licht zerstreuenden Element 18 versehen, dessen Brechungsindex größer als der Brechungsindex des Quarzglases ist. Durch diesen Aufbau wird das Licht, das die Seitenwand 14 des Rohrs ;10 passiert, durch das Licht zerstreuende Element nach außen abgeleitet. Wenn eine größere Menge der optischen Energie nach außen geleitet werden soll, kann ein Spiegel 20 in der Bohrung 12 oder in der Seitenwand 14 des Rohrs 10 angeordnet werden, wie dargestellt ist, so daß das an dem Spiegel 20 reflektierte Licht L" auf das Licht dif-
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fundierende Element 18 fällt. Obwohl gemäß der Darstellung in Fig. 3 das Element 18 und der Spiegel 20 an dem Rohr 10 nach Fig. 2 angebracht sind, läßt sich selbstverständlich auch ein solches Lichtempfangselement und/oder ein solcher Spiegel in gleicher Weise in Verbindung mit dem Rohr 10 nach Fig. 1 verwenden.
Die Figuren 4 bis 6 zeigen einige Beispiele für die Anordnung des rohrförmigen Lichtübertragungselementes nach der vorliegenden Erfindung. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist das Rohr 10 in L-Form gebogen; ein Spiegel 20' befindet sich an der Knickstelle der L-Form, also in dem Bereich, an dem die beiden Schenkel des L in einem Winkel von 90° ineinander übergehen. Gemäß Fig. 5 ist das Rohr 10 in T-Form verzweigt, wobei sich ein Prisma 22 am Verzweigungsbereich befindet. Gemäß Fig. 6 ist das Rohr 10 ebenfalls verzweigt, jedoch mit einem Halbspiegel 24 versehen.
Bei jeder der beschriebenen Ausfuhrungsformen kann die optische Einrichtung für die Zuführung von konvergenten oder parallelen Lichtstrahlen L zu dem Einlaßende des Rohrs 10 eine konvexe Linse 26 (siehe Fig. 7) oder die Kombination einer konvexen Linse 26 und einer konkaven Linse 28 (siehe Fig. 8) aufweisen. Die konvexe Linse 26 gemäß Fig. 7 bewirkt, daß Sonnenstrahlen oder ähnliche Strahlen so konvergieren, daß die konvergierenden Strahlen Lc auf das Einlaßende 10' des Rohrs 10 fallen. Die konvexe Linse 26 bei der Ausführungsform nach Fig. 8 hat die gleiche Funktion wie die konvexe Linse bei der Ausführungsform nach Fig. 7, während die konkave Linse 28 die konvergierenden Strahlen von der konvexen Linse 26 in parallele Strahlen Lp umwandelt und diese parallelen Strahlen dem Rohr 10 zuführt. Das in Fig. 8 dargestellte, kombinierte Linsensystem liefert im wesentliehen parallele Lichtstrahlen, die an der inneren Oberfläche des Rohrs 10 praktisch total reflektiert werden, so daß sich der Lichtverlust im Innern des Rohrs 10 merklich verringern läßt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist
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, 4b-
die Lichtempfangsoberfläche 28' der konkaven Linse 28 mit einer Meniskus- oder einer flachen Form versehen, um Verluste aufgrund der Reflexion an dieser Stelle so gering wie möglich zu halten.
Das in den Figuren 7 oder 8 gezeigte Linsensystem kann durch einen ringförmigen Spiegel 30 ersetzt werden, wie in Fig. 9 dargestellt ist. Der ringförmige Spiegel 30 ist an dem Einlaßende 10' des Rohrs 10 angebracht, so daß die Lichtstrahlen 11', die beispielsweise an der Stirnfläche 14' der Seitenwand 14 am Rohreinlaß 10' reflektiert werden, durch den Spiegel 30 in das Rohr 10 reflektiert werden können .
In Kombination mit dem Rohr 10 nach Fig. 8 kann eine konvexe Linse 32 in der Nähe eines Lichtauslaßendes 10'' des Rohrs 10 angeordnet werden, wie in Fig. 10 angedeutet ist. Die konvexe Linse 32 fokussiert die parallelen Lichtstrahlen, die durch die Bohrung 12 des Rohrs 10 übertragen werden, und bewirkt, daß die konvergierenden Lichtstrahlen L in ein rohrförmiges Lichtübertragungselement oder eine optische Faser 34 eintreten, das bzw. die einen kleineren Durchmesser als das Rohr 10 hat. Durch diese Anordnung kann optische Energie unter Verwendung des Rohrs oder eine optischen Faser 34 übertragen werden, das bzw. die ein geringes Gewicht hat und mit geringen Kosten hergestellt werden kann. Die konvergenten Strahlen von der konvexen Linse 32 können selbstverständlich durch eine konkave Linse (nicht dargestellt) in parallele Lichtstrahlen umgewandelt werden, bevor sie dem Rohr oder der optischen Faser 34 zugeführt werden.
In den Figuren 11a und 11b ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Fig. 11a zeigt das Einlaßende 10' des Rohrs 10, während Fig. 11b einen Schnitt längs der Linie X-X von Fig. 11a darstellt. Das Einlaßende
• *
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10' des Rohrs 10 nach dieser Ausführungsform ist durch einen transparenten Stopfen 36 verschlossen, der aus Kiesel- bzw. Quarzglas mit einem Brechungsindex hergestellt ist, der gleich dem oder kleiner als der Brechungsindex des Rohrs 10 ist. Die Lichtstrahlen L, die durch eine Linse oder ein ähnliches optisches System konvergiert werden, werden durch den transparenten Stopfen 36 in das Quarzglas geführt, welches die Seitenwand 14 des Rohrs 10 bildet. Das Quarzglas der Seitenwand 14, das einen sehr guten Wirkungsgrad für die Lichtübertragung hat, führt die eingegebenen Lichtstrahl L zu jeder gewünschten Stelle. Beim gegenwärtigen Entwicklungsstand ist es leicht, ein Rohr 10 mit einem Außendurchmesser D von 500 μπι und mit einer Bohrung 12 herzustellen, deren Durchmesser 400 μπι beträgt. Die so dimensionierte Bohrung 10 erfordert einen Verbrauch an Quarzglas, der nicht mehr als ungefähr 36 % des Bedarfs an Quarzglas für ein massives Rohr mit dem gleichen Durchmesser D beträgt.
20
In Fig. 12 ist eine Modifikation der Ausführungsform nach den Figuren 11a und 11b angedeutet. Wie man erkennen kann, ist das Rohr 10 mit einem modifizierten Stopfen 36' versehen, der nicht nur das Einlaßende des Rohrs 10 verschließt, son-25dem auch die Stirnfläche 14' der Seitenwand 14 bedeckt. Diese Anordnung leitet, ähnlich wie die Anordnung nach den Figuren 11a und 11b, die konvergierte optische Energie erfolgreich in die Seitenwand 14 des Rohrs 10, das aus Quarzglas hergestellt ist.
30
Nach einer bevorzugten Konstruktion hat das Auslaßende 36a des Stopfens 36 oder 36' (siehe die Figuren 11a, 11b oder 12) eine flache Form, wie durch eine durchgezogene Linie angedeutet ist, eine konkave Form, wie durch eine strichpunk-35tierte Linie angedeutet ist, oder eine konvexe Form, wie durch eine weitere strichpunktierte Linie angedeutet ist, so daß die Auslaßstrahlen von der Oberfläche 36a effektiv in die Seitenwand 14 des Rohrs 10 aus Quarzglas geleitet
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werden können. Dadurch verringert sich die Lichtmenge, die sich durch die Bohrung 12 foatpflanzt, wodurch wiederum die Ubertragungsverluste extrem klein werden und sich eine effiziente übertragung der optischen Energie ergibt*
In den Figuren 13a und 13b ist eine Ausführungsform einer Anordnung dargestellt, die aus rohrförmigen Lichtübertragung se lementen nach der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Wie man erkennen kann, sind mehrere Rohre 10 nach den Figuren 11a, 11b oder 12 an ihren Einlaßenden 10' zusammengebündelt. Die Spalte 38, die zwischen benachbarten Rohren 10 übrigbleiben, sind einzeln mit einem Material gefüllt, welches die gleichen optischen Eigenschaften wie die Stopfen 36 oder 36' hat, d.h., insbesondere mit transparentem Quarzglas, dessen Brechungsindex gleich dem oder kleiner als der Brechungsindex der Rohre 10 ist. Jedes Füllmaterial erstreckt sich von dem Einlaßende des Rohrs 10 über eine Länge, im wesentlichen gleich der Länge JL des Stopfens 36 oder 37. Es läßt sich erkennen, daß die Füllungen aus dem Quarzglas der Anordnung eine breitere Lichtempfangsfläche am Einlaßende geben, wodurch die optische Energie hoher Dichte, die durch das Linsensystem konvergiert wird, den Rohren 10 effektiver zugeführt wird. Die Füllungen in den Spalten 38 verhindern auch eine Beschädigung, insbesondere Zersplitterung, der Rohre 10 während der maschinellen, insbesondere spanabhebenden Bearbeitung des Einlaßendes 10' des Rohrsbündels 10 zu einer flachen Oberfläche. Zusätzlich verhindern die Füllungen, daß kleine Staubpartikel in die Spalten 38 eindringen können.
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In Fig. 14 ist eine weitere mögliche Ausführungsform der Rohranordnung dargestellt. Ein rohrförmiges Lichtübertragungselement 40 hat einen Außendurchmesser D von ungefähr 10 mm und ist mit einer Bohrung ausgebildet, die einen Durchmesser d von ungefähr 8 mm hat? diese Ausführungsform hat also einen wesentlich größeren Durchmesser als das Rohr 10 nach einer der vorherigen Ausführungsformen. Bei dieser Anordnung kann das durch die schmalen Rohre oder
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die herkömmlichen optischen Fasern 10 geleitete Licht in das Rohr 40 mit großem Durchmesser durch die Seitenwand dieses Rohrs eingeführt werden. Damit kann eine große Menge an optischer Energie effektiv durch die Seitenwand des Rohrs 10 übertragen werden, das aus Quarzglas hergestellt ist. Die Rohre oder optischen Fasern 10 sind an dem äußeren Umfang des Rohrs 40 durch ein Anschlußelement 42 befestigt, das aus einem transparenten Material Slit einem Brechungsindex hergestellt ist, der gleich dem oder kleiner als der Brechungsindex des Rohrs 40 ist. Bei Bedarf kann der äußere Umfang des Anschlußelementes 42 mit einer dünnen, reflektierenden Schicht bedeckt sein, um zu verhindern, daß das durch das Anschlußelement 42 eingeführte Licht nach außen austritt.
Eine modifizierte Ausführungsform der Anordnung nach Fig. 14 ist in Fig. 15 angedeutet. Wie man erkennen kann, sind die kleineren Rohre oder optischen Fasern 10 direkt mit dem äußeren Umfang des größeren Rohrs 40 verbunden, und zwar mittels eines optischen Klebstoffs oder eines ähnlichen Materials. Diese Anordnung ist in Bezug auf die Fähig*? keit, eine große Menge an optischer Energie in die Seitenwand eines größeren, aus Quarzglas hergestellten Rohrs 40 zu leiten, vergleichbar mit der Ausführungsform nach Fig. 14, so daß die optische Energie effizient übertragen werden kann.
Obwohl das größere Rohr 40 über seine gesarate Länge von dem Einlaßende 40' zu dem Auslaßende 40" einen gleichmäßigen Durchmesser haben kann, ist es als Alternative hierzu auch möglich, ein Auslaßende 40' vorzusehen, welches von dem Einlaßende 40' ausgehend sich konisch, also kegelförmig erweitert, wie man in Fig. 16 erkennen kann. Gemäß Fig. 16 werden die Lichtstrahlen, die durch ein Linsensystem konvergiert werden, effektiv durch das Einlaßende 40'
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in das Rohr 40 eingeführt und dann fortschreitend durch die Seitenwand des Rohrs 40 aus Quarzglas konvergiert. Schließlich wird das konvergierte Licht mit hoher Energiedichte von dem konisch zulaufenden Auslaßende 40' nach außen abgestrahlt. Das konische Auslaßende 40" des Rohrs 4 0 kann durch einen Stopfen 36"' verschlossen werden, dessen Brechungsindex gleich dem oder kleiner als der Brechungsindex des Rohrs 40 ist. Der Stopfen 36'" leitet das durch die Bohrung 12' verlaufende Licht in die Seitenwand des Rohrs 40. Der Brechungsindex des Stopfens 36"' kann so ausgewählt werden, daß er größer als der Brechungsindex des Rohrs 40 ist/ um das durch die Seitenwand des Rohrs 40 übertragene Licht zu dem Stopfen 36"' zu leiten und dadurch weiterhin die optische Energiedichte zu erhöhen, die an dem Rohrauslaßende 40" zur Verfugung steht. Wenn der Brechungsindex des Stopfesn 36"' gleich dem oder kleiner als der Brechungsindex des Rohrs 40 ist, kann der in das Rohr 40 eingepaßte Stopfen 36"' so angeordnet werden, daß er kurz vor der äußersten Stirnfläche des Rohrs 40 endet, wie in Fig. 17a dargestellt ist, so daß die Lichtstrahlen zu der Seitenwand des Rohrs 40 konvergiert und effektiv aus der Stirnfläche abgestrahlt werden können. Wenn der Brechungsindex des Stopfens 36"' größer als der des Rohrs 40 ist, kann der Stopfen 36"' von dem Auslaßende des Rohrs 40 vorstehen (siehe Fig. 17b), damit das zu dem Stopfen 36"' konvergierte Licht effektiv freigegeben wird. Wie in Fig. 18 zu erkennen ist, können mehrere Rohre 40, die ein konisches Auslaßende 40 " haben, in Reihe miteinander verbunden werden, indem die Auslaßenden 40" eines Rohrs in das Einlaßende 40' des anderen Rohrs gepaßt und eingesetzt wird, wobei die Durchmesser der Einlaßende 40' und der Auslaßenden 40" fortschreitend kleiner werden. Diese Verbindung von Mehrfachrohren macht den Durchmesser des letzten Auslaßendes 40" sehr klein, so daß dort eine sehr viel höhere optische Energiedichte realisiert werden kann. Wenn dieses
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Licht hoher optischer Energiedichte den kleineren Rohren 10 nach einer der oben beschriebenen Ausführungsformen zugeführt wird, hat das so konvergierte Licht eine hohe Dich-
5 te, so daß seine Energie noch sehr viel effektiver übertragen werden kann.
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Claims (28)

« GRÜNECKER. KINKELDEY. STOCKT51AIR &.PARTNER '..' PATENTANWÄLTE EUROPEAN PATENT ATTOBNEVS A GRUNECKER.oiPi.it« DR H KINKELDEY. oipl ing OR W. STOCKMAIR. oipl ing..»e E ccalteoo OR K. SCHUMANN, on. pws P. H JAKOB. WL -«ο OR G BEZOUO. CHPt-CHeM W. MEISTER. oip<_-.ng H HILGERS. W=I- ing OR H MEYER-PLATH. on.-ite 80OO MÜNCHEN 22 MAXIMJUANSTRASSE 43 MORI, KEI 3-16-3-501. Kaminoge Setagaya-ku Tokyo, Japan P 17 621 Einrichtung zur Sammlung und Übermittlung von optischer Energie unter Verwendung von rohrförmigen Lichtübertragungselementen Patenten sprüche
1. Rohrförmige Lichtübertragungseinheit für die übertragung optischer Energie von einer Lichtquelle zu einer gewünschten Stelle, gekennzeichnet
durch ein rohrförmiges, aus Quarzglas hergestelltes Element (10), und durch eine von dem rohrförmigen Element (10) definierte Bohrung (12) , wodurch die optische Energie durch das rohrförmige Element (10) und die Bohrung (12) übertragen wird.
2. Rohrförmige Lichtübertragungseinheit nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen transparenten Stopfen (36), der den Lichteinlaßendbereich und/oder den Lichtauslaßendbereich des rohrförmigen Elementes (10) versperrt.
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3. Rohrförmige LichtÜbertragungseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der transparente Stopfen (36) einen Brechungsindex hat, der gleich dem Brechungsindex des rohrförmigen Elementes (10) ist.
4. Rohrförmige Lichtübertragungseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der transparente Stopfen (36) einen Brechungsindex hat, der kleiner als der Brechungsindex des rohrförmigen Elementes (10) ist.
5. Rohrförmige Lichtübertragungseinheit nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche des Stopfens (36), die sich im Innern der Bohrung der Einheit befindet, so geformt ist, daß sie eine flache oder eine konvexe oder eine konkave Form hat.
6. Rohrförmige Lichtübertragungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch mehrere optische Fa- sern, die einzeln mit dem äußeren Umfang des rohrförmigen Elementes (10) verbunden sind, um die optische Energie durch den äußeren Umfang in die Bohrung (12) zu leiten.
7. Rohrförmige Lichtübertragungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des rohrförmigen Elementes (10) am Lichtauslaßendbereich kleiner als am Lichteinlaßendbereich ist.
8. Rohrförmige Lichtübertragungseinheit nach einem der Ansprtiche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle die Sonne ist.
9. Rohrförmige Lichtübertragungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch ein an dem äußeren umfang des rohrförmigen Elementes (10) angebrachtes Lichtzerstreuung selement, um die optische Energie zur Außensei-
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te des rohrförmigen Elementes (10) zu zerstreuen, wobei das Lichtzerstreuungselement einen Brechungsindex hat, der größer als der Brechungsindex des rohrförmigen Elementes (10) ist.
10. Rohrförmige Lichtübertragungseinheit nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ein an dem inneren Umfang des rohrförmigen Elementes (10) angebrachtes reflektierendes EIement, um die optische Energie zu dem Lichtzerstreuungselement zu reflektieren.
11. Rohrförmige Lichtübertragungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Umhüllungsschicht, die den äußeren Umfang des rohrförmigen Elementes (10) bedeckt.
12. Rohrförmige Lichtübertragungseinheit nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein an der Außenwand des rohrförmigen Elementes (10) angebrachtes LichtZerstreuungselement, das die optische Energie zur Außenseite des rohrförmigen Ele-< mentes (10) zerstreut, wobei das Lichtzerstreuungselement einen Brechungsindex hat, der größer als der Brechungsindex des rohrförmigen Elementes (10) ist.
13. Rohrförmige Lichtübertragungseinheit nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch ein an dem inneren Umfang des rohrförmigen Elementes (10) angebrachtes, reflektierendes Element, das die optische Energie zu dem Lichtzerstreuungselement reflektiert.
14. Rohrförmige Lichtübertragungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch ein optisches System zur Konvergierung der optischen Energie von der Lichtquelle und zur Einführung der konvergierten optischen Energie in die Bohrung (12) des rohrförmigen Elementes (10).
15. Rohrförmige Lichtübertragungseinheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet/ daß das optische System eine konvexe Linse aufweist.
16. Kolirförmiijc Lichtübortragungseinheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System eine konvexe Linse und eine konkave Linse für die Umwandlung der von der konvexen Linse konvergierten optischen Energie in parallele Strahlen aufweist.
17. Rohrförmige Lichtübertragungseinheit nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die das Licht empfangende Oberfläche der konkaven Linse die Form eines konvexen Meniskus hat.
18. Rohrförmige Lichtübertragungseinheit nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die das Licht empfangende
Oberfläche der konkaven Linse flach ausgebildet ist. 20
19. Rohrförmige Lichtübertragungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 18, gekennzeichnet durch einen Spiegel für die Reflexion der an dem rohrförmigen Element (10) reflektierten optischen Energie zu der Bohrung in dem Lichteinlaßbereich des rohrförmigen Elementes (10).
20. Rohrförmige Lichtübertragungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 19, gekennzeichnet durch ein Lichtübertragungselement, das optisch mit der Einheit am Lichtauslaßendbereich verbunden ist und einen kleineren Durchmesser als die Einheit hat.
21. Rohrförmige Lichtübertragungseinheit nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch eine konvexe Linse, die sich in dem Lichtauslaßendbereich der Einheit befindet, um die optische Energie von dem Lichtauslaßendbereich zu konvergieren
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und die konvergierte optische Energie dem Lichtübertragungselement zuzuführen.
22. Rohrförmige Lichtübertragungseinheit nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch eine konkave Linse für die Umwandlung der von der konvexen Linse konvergierten optischen Energie in parallele Strahlen und für die Einführung der parallelen Strahlen zu dem Lichtübertragungselement. 10
23. Rohrförmige Lichtübertragungsanordnung für die Übermittlung optischer Energie von einer Lichtquelle zu einer gewünschten Stelle mit mehreren rohrförmigen Lichtübertragung se inhei ten, dadurch gekennzeichnet, daß jede rohrförmige Lichtübertragungseinheit ein rohrförmiges, aus Quarzglas hergestelltes Element (10) und eine durch das rohrförmige Element (10) definierte Bohrung (12) aufweist, wodurch die optische Energie durch das rohrförmige Element (10) und die Bohrung (12) übertragen wird.
24. Rohrförmige Lichtübertragungsanordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Ende der rohrförmigen Lichtübertragungseinheiten zu einem Bündel zusammgenfaßt ist .
25. Rohrförmige Lichtübertragungsanordnung nach einem der Ansprüche 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einheit einen transparenten Stopfen (36) aufweist, der an einem Ende die Bohrung (12) der Einheit versperrt.
26. Rohrförmige Lichtübertragungsanordnung nach einem der Ansprüche 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einheit einen transparenten Stopfen aufweist, der den Raum zwischen benachbarten rohrförmigen Elementen (10) an einem Ende der Einheit ausfüllt.
27. Rohrförmige Lichtübertragungsanordnung nach einem der Ansprüche 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (36) einen Brechungsindex hat, der gleich dem Brechungsindex des rohrförmigen Elementes (10)ist.
28. Rohrförmige Lichtübertragungsanordnung nach einem der Ansprüche 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (36) einen Brechungsindex hat, der kleiner als der Brechungsindex des rohrförmigen Elementes (10) ist.
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